安全并发之先行发生原则

      java天生就是多线程的语言，线程安全则是一个必须的要求。

      给你一段代码，你如何判定其是否是线程安全的？那么，自然就要有一套绝对的理论给你的证明提供依据了。

　　先行发生原则，可以帮你判定是否并发安全的，从而不必去猜测是否是线程安全了！

　　如果Java内存模型中所有有序性都靠volatile和synchronized来完成，那么编写代码会很繁琐，但日常Java开发中并没有感受到这一点，正是因为Java语言的“先行发生”原则。这个原则非常重要，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据。

　　先行发生是Java内存模型中定义的两项操作数之间的偏序关系，如果说操作A先行发生于操作B，就是说在发生操作B之前，操作A产生的影响能被操作B观察到，“影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等。

　　下面是Java内存模型中一些“天然的”先行发生关系，这些先行发生关系无需任何同步协助器协作即可存在，可以直接在编码中使用。如果两个关系不在此列，而又无法通过这些关系推导出来，它们的顺序就无法保证，虚拟机可以对它们任意重排序。

　　程序次序规则: 同一个线程内，按照代码出现的顺序，前面的代码 happens-before 后面的代码，准确的说是控制流顺序，因为要考虑到分支和循环结构。

　　管程锁定规则: 对于一个监视器锁的unLock操作 happens-before 于每个后续对同一监视器锁的Lock操作。

　　volatile变量规则: 对volatile域的写入操作 happens-before 于每个后续对同一个域的读操作。

　　线程启动规则: 在同一个线程里，对Thread.start的调用会 happens-before 于每一个启动线程中的动作。

　　线程终结规则: 线程中的所有动作都 happens-before 于其它线程检测到这个线程已经终结，或者从Thread.join()调用成功返回，或者Thread.isAlive返回false.

　　中断规则: 一个线程调用另一个线程的interrupt happens-before 于被中断的线程发现中断(通过抛出InterruptedException 或者调用isInterrupted和interrupted)

　　终结规则: 一个对象的构造函数的结束 happens-before 于这个对象finalizer的开始

　　传递性: 如果 A happens-before 于 B,且 B happens-before 于 C，则 A happens-before 于C。

 

Java无须任何手段即可保证上面的先行发生规则成立（注意：先行发生不代表线程安全，先行发生只是用于辅助判定线程安全性），下面那个例子看一下：

private int value = 0;

public void setValue(int value){
    this.value = value;
}

public int getValue(){
    return value;
}

　　假设A、B两个线程，线程A先（时间上的先后）执行setValue(1), 然后线程B调用同一对象的getValue()，那么线程B收到的返回值是什么？

　　依次分析一下先行发生原则中的各个原则：

　　　　由于两个方法分别在不同的线程中被调用，程序次序原则不适用；

　　　　没有同步块，自然不会发生lock和unlock操作，管程锁定原则不适用；

　　　　value变量没有被volatile修饰，volatile变量原则不适用；

　　　　后面的线程启动、中断、终止原则也毫无关系；

　　　　没有一个适用的原则，传递性也不适用。

　　所以说线程B得到的结果不确定是0还是1，换句话说，这里面的操作不是线程安全的。

　　怎么修复呢？getter/setter 定义synchronized方法；或者把value变量定义volatile变量，就回到了先行发生原则上了。

private volatile int value = 0;

 

　　另外，先行发生并不代表一定是先发生！

　　时间先后顺序于先行发生的原则之间基本没有太大的关系。

　　比如如下代码中，i, j 的取值问题：

//同一个线程中执行 
int i = 1; 
int j = 2;
// doSth...
volt = 10;　　// 假设volt为 volatile 修饰的

　　根据程序次序规则,”int i = 1”的操作先行发生于”int j = 2”,但是”int j = 2”的代码完全可能先被处理器执行，这并不影响先行发生原则的正确性，因为我们在这条线程中并没有办法感知到这点。

　　先行发生原则，可以帮你判定是否并发安全的，从而不必去猜测是否是线程安全了！

 

参考：《深入理解Java虚拟机》